IT202100021038A1 - Invaso evoluto per protesi di arto superiore - Google Patents

Description

TITOLO: INVASO EVOLUTO PER PROTESI DI ARTO SUPERIORE

DESCRIZIONE

Settore Tecnico dell?Invenzione

La presente invenzione trova la sua applicazione, in generale, nell?ambito della realizzazione e fornitura di protesi per arti superiori dotati di mano artificiale. In particolare, la soluzione riguarda alcune caratteristiche innovative dell?invaso protesico: cio? l?elemento che funge da raccordo tra il moncone del paziente e la mano artificiale vera e propria.

Tecnica Nota

La mano ? una delle parti del corpo umano che viene usata per svolgere una variet? molto ampia di operazioni. Anche per questo motivo, gli arti superiori sono interessati da numerosi incidenti, alcuni dei quali, come conseguenza, comportano l?amputazione dell?arto.

La mano ? cos? importante per l?esecuzione di moltissime operazioni, al punto che, quando una persona manca di una mano o anche di una parte del braccio, normalmente si ricorre all?applicazione di una protesi artificiale (per approfondimenti si rimanda alla vasta letteratura sull?argomento; cfr. anche 2004, Weir, Standard Handbook of Biomedical Engineering & Design, ?DESIGN OF ARTIFICIAL ARMS AND

HANDS FOR PROSTHETIC APPLICATIONS?, https://www.researchgate.net/publication/ 303819177_Standard_Handbook_of_Biomedical_Engineering_Design.

Questa pratica di applicare protesi artificiali per surrogare, almeno una parte, delle funzionalit? della mano ? una pratica che affonda le sue radici nel passato remoto. Evidentemente le protesi del passato erano molto rudimentali e non confrontabili minimamente con le funzionalit? di una mano naturale, ci? nonostante venivano comunque applicate, ed i pazienti imparavano a servirsi di tali protesi. A volte, al posto della mano veniva applicato un semplice gancio utilizzabile per eseguire alcune semplici operazioni come tirare o spingere un oggetto.

Oggi possono essere realizzate mani artificiali estremamente sofisticate, che offrono funzionalit? operative relativamente complesse, con l?intento di consentire ai pazienti di svolgere il maggior numero possibile di operazioni, simili a quelle che essi possono eseguire con le loro mani naturali.

Quindi, per il paziente; si pone il problema di avere il controllo pratico di un?eventuale mano artificiale, cos? sofisticata che necessita di comandi articolati e complessi. Si osserva inoltre, che il controllo della mano ? particolarmente complesso in quanto questa non ? solo uno caratterizzata da funzioni operative, ma anche da funzioni sensoriali.

Pertanto, si pu? sinteticamente affermare che, nel caso ideale, il controllo di una mano deve essere ?bidirezionale?, nel senso che il cervello del paziente deve poter impartire comandi alla mano per eseguire dei compiti operativi (quindi il cervello deve trasmettere comandi verso la mano), ma anche, il cervello deve ricevere dei riscontri sensoriali dalla mano, cio? deve ricevere informazioni dalla mano.

Questo tema, ossia l?importanza della ?propriocezione?, ? assai ampio, ? esplorato da molto tempo ed ? trattato da numerosi studi di avanguardia con l?obiettivo di fornire agli arti protesici funzionalit? propriocettive tipiche degli arti naturali (cfr.

2003, IEEE International Conference on Robotics and Automation, Carrozza et al., ?EXPERIMENTAL ANALYSIS OF AN INNOVATIVE PROSTHETIC HAND WITH PROPRIOCEPTIVE SENSORS?, https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1241925). Ai fini della presentazione della presente invenzione, serve solo evidenziare il fatto che sono auspicati progressi anche in riferimento al miglioramento della ?propriocezione?, e pertanto pu? risultare importante disporre di sistemi protesici concepiti (nella loro architettura) in modo che possa essere il pi? possibile agevole integrarvi nuovi accorgimenti volti a migliorare la gestione dei riscontri sensoriale che possono essere forniti al paziente. Gi? queste semplici osservazioni mettono a fuoco un primo problema delle protesi di una mano: cio? la complessit? dell?interfaccia tra la mano artificiale e il corpo naturale del paziente, ed in particolare il moncone a cui deve essere applicata la mano (ed almeno una parte dell?avambraccio).

Ai fini della presente invenzione, infatti, si assume che la mano artificiale sia un dispositivo noto e dotato di numerose funzionalit?, sia operative che sensoriali, e che il limite principale sia dato dalle possibilit? di controllo da parte del paziente.

Nell?ambito del raccordo tra la mano artificiale ed il moncone del paziente, ? importante considerare anche l?aspetto estetico (per aprofondimenti sull?argomento si rinda anche a 2011, Prosthetics and Orthotics International, Ritchie et al., ?PROSTHETICS AND ORTHOTICS INTERNATIONAL, PERCEPTIONS OF COSMESIS AND FUNCTION IN ADULTS WITH UPPER LIMB PROSTHESES: A SYSTEMATIC LITERATURE REVIEW?, https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/0309364611420326).

Bench? le questioni estetiche siano in secondo piano rispetto a quelle funzionali, ? giusto offrire ai pazienti che hanno perso una mano, oppure ai pazienti che ne sono privi dalla nascita a causa di malformazioni, una soluzione che sia abbastanza curata anche dal punto di vista estetico.

Pertanto, mentre la mano artificiale strettamente intesa pu? essere prodotta industrialmente in poche taglie, in modo sostanzialmente indipendentemente dalla conformazione del paziente, l?elemento di raccordo deve necessariamente essere realizzato su misura in modo personalizzato.

Infatti, ? necessario adattarsi al moncone, in modo che sia il braccio naturale che il braccio protesizzato abbiano la stessa lunghezza e approssimativamente la stessa taglia. Inoltre, tutta la protesi nel suo complesso deve essere comoda e facile da usare, in modo da facilitare l?uso da parte del paziente, cos? da evitare che i suoi movimenti risultino troppo impacciati ed evidenzino eccessivamente la disabilit?.

In definitiva, la tecnica nota propone protesi per arti superiori in genere composte da due sistemi integrati.

? Un primo sistema ? costituito da una mano artificiale meccanica, sulla quale non ci si soffermer? particolarmente nell?ambito della presente descrizione, assumendo che tale sistema sia disponibile e che possa supportare sia funzioni operative che funzioni sensoriali (intese nel senso della produzione di riscontri restituiti al paziente).

? Un secondo sistema ? costituito dall?elemento di raccordo tra la suddetta mano artificiale ed il corpo del paziente, che nel caso specifico ? il moncone di un avambraccio. Tale secondo sistema ? detto, nel gergo usato nel settore, ?invaso protesico? ed ? un elemento che deve essere realizzato su misura da un tecnico ortopedico.

La presente invenzione, come sar? chiarito meglio nel seguito indica alcune caratteristiche innovative che riguardano il sistema costituito dall?invaso protesico, con l?intento di preservare la pratica corrente. Infatti, anche la soluzione proposta nella presente invenzione prevede di mantenere la distinzione modulare dei due sistemi sopra indicati; distinzione che consente di mettere in atto un efficiente processo di produzione e fornitura di protesi anche molto personalizzate.

Si precisa che l?invenzione propone alcuni insegnamenti che possono essere applicati in varie tipologie di protesi, ed in particolare anche in protesi di arto superiore in cui il paziente sia mancante di quasi tutto il proprio arto superiore, e la protesi debba comprendere anche l?articolazione del gomito (amputazioni transomerali) o di tutto l?arto superiore, e la protesi debba comprendere anche l?articolazione della spalla (disarticolazioni di spalla).

In questo caso, la parte meccanica ? necessariamente pi? complessa in quanto deve riprodurre non solo una mano ed il polso, ma anche il gomito ed eventualmente la spalla: pertanto l?invaso protesico deve essere applicato ad un moncone vicino alla spalla o al torso del paziente. Anche in questi ultimi casi, comunque, alcune caratteristiche generali dell?invaso protesico, che verranno descritte nel seguito, in quanto l?oggetto dell?invenzione, saranno sostanzialmente applicabili, anche se con un maggiore grado di complessit?.

Solo per comodit? di esposizione, nel seguito verr? proposta una descrizione riferita al caso pi? semplice in cui la protesi ? costituita da una mano meccanica artificiale, comprensiva eventualmente delle articolazioni del polso (tutte o solo alcune), e dall?invaso protesico che completa l?avambraccio del paziente e svolge le funzioni di raccordo sopra menzionate.

Si precisa che, nel seguito, si useranno le espressioni ?mano meccanica? artificiale o ?arto meccanico?, per intendere quella parte della protesi che comprende meccanismi che riproducono le funzionalit? meccaniche e di mobilit? dell?arto artificiale, dando per scontato che si tratta in realt? di oggetti elettromeccanici e ed elettronici, in quanto comprendono attuatori elettrici, sensori, e componentistica elettronica in genere. Non si intendono evidentemente alcune protesi, ormai obsolete ma tuttora utilizzate, puramente meccaniche in cui le funzioni motorie erano espletate mediante meccanismi implementati con cinghie, tiranti, sistemi di leve, eccetera. D?ora in poi, pertanto, con la locuzione ?arto meccanico?, o ?mano meccanica? si intende una protesi con funzionalit? meccaniche, ma di moderna concezione, quindi alimentata elettricamente e controllata attraverso un?opportuna elettronica di controllo.

A differenza degli ?arti meccanici? allo stato dell?arte, che sono sistemi estremamente sofisticati, gli invasi protesici secondo l?arte nota sono in genere dei sistemi molto semplici. Infatti, dovendo essere degli elementi sostanzialmente artigianali, perch? confezionati su misura, pi? sono semplici, e pi? ? agevole ed affidabile la loro fabbricazione.

Il tecnico ortopedico si deve concentrare prevalentemente su aspetti morfologici mentre, dal punto di vista della componentistica tecnica il tecnico ortopedico che realizza l?invaso deve limitarsi essenzialmente a gestire l?alimentazione, e due o pi? sensori (dipende dalla funzionalit? muscolare residua del moncone) in grado di rilevare la contrazione di alcuni muscoli accessibili all?estremit? del moncone.

La contrazione volontaria di alcuni muscoli residui in corrispondenza del moncone, ? di fatto l?azione principale che pu? essere eseguita dal paziente per esercitare un controllo operativo della protesi. Il paziente deve quindi imparare una sorta di linguaggio nuovo per comandare il proprio arto artificiale, e contraendo con particolari sequenze i muscoli del suo moncone pu? imparare ad eseguire alcune semplici operazioni con la propria mano artificiale.

Evidentemente, tali sensori di contrazione devono essere posizionati nella parte dell?invaso protesico che fisicamente tocca il moncone, quindi nel punto pi? lontano dalla mano artificiale che ? applicata all?estremit? opposta dell?invaso stesso, e quindi l?uscita di tali sensori deve essere portata con dei brevi cablaggi nel punto di aggancio della mano artificiale, la quale sar? evidentemente fornita di contatti fisici per ricevere in ingresso i comandi veicolati tramite i suddetti cablaggi.

I sensori di contrazione dei muscoli del moncone sono estremamente piccoli, mentre i cablaggi possono essere fatti passare all?interno dell?invaso protesico senza particolari difficolt?.

Tutto il sistema protesico (invaso con i suoi sensori, e mano meccanica) necessita evidentemente di alimentazione, che viene fornita con opportune batterie. Nelle forme di implementazione pi? frequenti, le batterie sono posizionate all?interno dell?invaso, dove c?? posto, e provvedono anche all?alimentazione della mano. Altri cablaggi servono quindi ad assicurare l?alimentazione dove serve, ma anche in questo caso si tratta di cablaggi poco ingombranti che possono agevolmente essere contenuti nell?invaso protesico.

Un?ulteriore funzionalit? la cui gestione coinvolge l?invaso protesico riguarda la funzionalit? sensoriale.

Va detto che il riscontro principale che il paziente riceve dal proprio arto, ? ricavato dall?osservazione visiva. Infatti, i pazienti imparano a guardare sempre quello che stanno facendo con il proprio arto artificiale non potendo contare su una funzionalit? aptica evoluta come quella offerta dalla mano naturale.

Tuttavia, alcuni sistemi protesici forniscono reazioni fisiche di riscontro, in varia forma, ad alcune azioni operative, allo scopo di surrogare qualche semplice funzione sensoriale.

Alcune soluzioni gi? proposte dall?arte nota sono in effetti adatte ad implementare forme di riscontro, e sono state usate (anche se non ancora diffusamente) in alcune protesi. Ad esempio, attraverso la produzione di una vibrazione, o la generazione di una lieve scossa elettrica, oppure facendo ricorso a dei dispositivi che sfruttano differenze di temperatura, ? teoricamente possibile trasferire al paziente un riscontro quantitativo, o solo qualitativo, rispetto a ci? che sta facendo con la propria mano artificiale: che pressioni sta esercitando, con che forza sta effettuando delle prese, eccetera.

Ad esempio, se il paziente potesse percepire una vibrazione sul proprio moncone, modulata in funzione della forza con cui egli sta esercitando una presa, il paziente stesso (ammesso che disponga di appropriati strumenti per il controllo operativo della propria protesi) potrebbe regolarsi per maneggiare adeguatamente degli oggetti particolarmente fragili.

La reazione vibratoria ? infatti abbastanza efficace ed ? interpretabile facilmente dal paziente. Nei casi in cui ? implementata (anche se, come detto, ci? non accade frequentemente), la vibrazione si propaga attraverso l?invaso protesico, raggiungendo il moncone del paziente, in un punto in cui ha sufficiente sensibilit? per percepire tale vibrazione.

Bench? tale forma di riscontro sensoriale sia abbastanza interessante, ? importante rilevare come l?invaso protesico non sia un elemento molto rigido, e quindi la vibrazione, se generata in prossimit? della mano, cio? nel punto dove le informazioni sensoriali vengono acquisite, ? una vibrazione che tende ad attenuarsi. Ne consegue che la vibrazione trasferita al moncone non pu? essere regolata con buona sensibilit?, e tipicamente, il segnate sensoriale ? molto approssimato.

Le caratteristiche generali della tecnica nota, come sintetizzate sopra, sono consolidate solo in parte, tanto che sia la ricerca accademica che l?industria nel settore protesico sono sempre alla ricerca di innovazioni che rendano sempre pi? gratificante, per un paziente che ne abbia la necessit?, servirsi di una protesi.

Ogni miglioramento tecnico, infatti, si traduce in un miglioramento della vita quotidiana di una persona gi? con disabilit?, oppure nella possibilit? di offrire certe soluzioni, che oggi sono accessibili solo ad una ristretta parte dei pazienti, ad un numero maggiore di persone che ne hanno il bisogno.

L?innovazione nel settore protesico, anche se prevalentemente concentrata nella parte meccanica ed elettronica degli arti artificiali, deve anche riguardare, e a pieno titolo, gli invasi protesici.

Nel contesto della presente invenzione, non si intendono pertanto indicare nuove funzionalit? operative di un arto meccanico, o nuove modalit? fisiche con cui restituire riscontri sensoriali ad un paziente. Si affronta piuttosto il problema di gestire le potenzialit? che gi? oggi sono offerte dall?arte nota, nonch? supportare lo sfruttamento di nuove potenzialit?, che potranno essere sviluppate nel futuro prossimo, ricorrendo all?applicazione di tecnologie di sensoristiche sempre pi? evolute, ed adattando tecnologie e materiali di meccanica di precisione al settore protesico in generale.

Allo scopo di rappresentare sinteticamente ed ulteriormente lo stato dell?arte relativamente alla disponibilit? di soluzioni volte al miglioramento dei riscontri sensoriali e delle tecniche di controllo di una mano artificiale e delle soluzioni che mirano ad ottimizzare la fabbricazione degli invasi protesici, si citano a titolo di esempio alcuni brevetti e domande di brevetto (sia per invenzione che per modello di utilit?).

Si tratta di una breve rassegna che ha il solo scopo di testimoniare le linee evolutive associate alla proposta di protesi, soprattutto in riferimento all?efficiente sviluppo degli invasi protesici; cio? quella parte del sistema protesi nel suo complesso che deve essere mantenuto il pi? possibile semplice, dato che deve essere realizzato su misura ed ? l?elemento a contatto diretto con il corpo del paziente.

In JP 2010115348 (A) [?Method of manufacturing Prosthetic limb socket? ?

[JP] ? 27 Maggio 2010] viene descritto un metodo per la fabbricazione veloce di invasi protesici in cui l?invaso non ha per? particolari requisiti funzionali, dovendo essenzialmente essere un oggetto di raccordo realizzato su misura.

In CN 102670336 (A) [?Splint tipe thigh and upper arm prosthetic socket? ?

[CN] ? 18 Settembre 2012] viene descritto un invaso protesico caratterizzato dal fatto di poter essere realizzato molto velocemente su misura utilizzando dei componenti che possano essere fabbricati in serie ed adattati ai singoli casi con estrema facilit?.

In CN 207575300 (U) [?Splint tipe thigh and upper arm prosthetic socket? ?

[CN] ? 18 Settembre 2012] viene descritto un arto protesico classico in cui lo spazio all?interno dell?invaso ? usato per alloggiare ingranaggi, cablaggi e la batteria; si tratta di una domanda di brevetto per modello di utilit?.

In WO 2018236208 (A1) [?A prosthetic limb integrated with a sensory system? ?

[MY] et al. ? 27 Dicembre 2018] viene proposto un arto protesico in cui alcune funzionalit? sensoriali ed operative per il controllo del movimento sono implementate nella zona solitamente occupata dall?invaso protesico, ma in questo caso la soluzione rinuncia alla semplicit? realizzativa delle parti su misura.

In US 2020306057 (A1) [?Modular prosthetic arm system? ?

[MX] et al. ? 1 Ottobre 2020] viene proposto un arto protesico con la caratteristica di essere modulare, e che offre il vantaggio di ridurre i tempi di riparazione sostituendo rapidamente il modulo eventualmente danneggiato. Il modulo di presa sul moncone pu? essere adattato a pi? monconi grazie al suo sistema pneumatico di presa, che riduce significativamente le necessit? di personalizzazione di ogni protesi riducendo i tempi di realizzazione e i costi di produzione di ogni protesi. In US 2021/0085491 (A1) [?System and Method for an advanced prosthetic hand? ?

[US] et al. ? 25 Marzo 2021], ? proposto un esempio di sistema protesico per un arto superiore in cui ? particolarmente curata la ricchezza di riscontri sensoriali, ed in cui si sfruttano particolari materiali che si prestano ad essere stampati con tecnologie di ?stampa 3d?. Tali materiali permettono di conseguire diversi vantaggi: infatti permettono di realizzare sistemi prostetici di fatto su misura, offrono prestazioni di particolare robustezza e resistenza all?umidit?, cos? da facilitare la realizzazione di mani bioniche in cui possono essere integrati molti sensori, molti attuatori e la relativa elettronica di controllo.

Tuttavia il metodo di realizzazione di tali protesi cambia completamente le metodologie consolidate nella fornitura di sistemi protesici. La parte di invaso protesico risulta in tutto e per tutto un?estensione della mano vera e propria: si tratta di una soluzione in cui le varie componenti del sistema nel suo complesso non sono facilmente disaccoppiabili dal punto di vista funzionale, e gli insegnamenti contenuti nella domanda di brevetto menzionata sono di fatto applicabili solo alle protesi che comprendono una mano con tutte le specifiche caratteristiche indicate nella domanda stessa (nonch? in altre domande a nome ?Psyonic? di cui questa rivendica l?anteriorit?).

In generale, si pu? affermare che l?arte nota non ha ancora trovato un equilibrio ottimale per proporre sistemi protesici di arti in generale, e di arti superiori in particolare, in cui le parti su misura siano mantenute il pi? possibile semplici, mentre le funzionalit? operative e sensoriali dell?arto protesico, pur arricchendosi di nuove prestazioni, possano essere concentrate in elementi, potenzialmente standardizzabili, e quindi realizzabili con logiche di produzione industriale.

Infatti, nella ricerca di questo equilibrio del disaccoppiamento tra parti standard (complesse) e parti su misura (semplici) si ? in alcuni casi rinunciato alla ricchezza di funzionalit? proponendo protesi con ridotto livello di controllabilit? o con ridotte funzionalit? di riscontro sensoriale, oppure si sono proposti sistemi che prevedono di realizzare protesi di arti estremamente complesse, e quindi costose, in cui anche le parti di raccordo con il moncone (quindi le parti su misura) sono caratterizzate da significativa complessit? costruttiva.

Si pu? quindi affermare che persiste un?esigenza ancora non completamente soddisfatta dai sistemi disponibili (o comunque migliorabile sotto diversi aspetti). Cio? l?esigenza di disporre di protesi modulari per arti in cui elementi standard, depositari di funzionalit? anche abbastanza evolute e complesse, possano essere integrati con generalit?, in pressoch? tutti i sistemi protesici, con un impatto sostanzialmente trascurabile sulle parti su misura confinate negli invasi protesici. Sintesi dell?Invenzione

Lo scopo generale della presente invenzione, pertanto, ? quello di indicare una protesi per un arto superiore in cui i comandi funzionali dell?arto meccanico possano essere generati sfruttando dati di ingresso aggiuntivi rispetto alle sole contrazioni muscolari dei muscoli presenti sul moncone del paziente, ed il paziente possa ricevere un riscontro sensoriale il pi? possibile ricco, rispetto alla funzionalit? dell?arto meccanico: un riscontro sensoriale aggiuntivo rispetto alla sola visione dell?operativit? dell?arto meccanico stesso.

Altri scopi importanti della presente invenzione riguardano l?ottimizzazione di alcuni aspetti legati alla fabbricazione di una tale protesi.

Infatti, l?invenzione deve proporre un sistema protesico complessivo modulare, in cui l?arto artificiale meccanico vero e proprio implementi sostanzialmente le funzionalit? operative e sensoriali pure, mentre le funzioni di controllo da parte del paziente, e le funzioni di riscontro fornite al paziente, siano gestite da un sottosistema il pi? possibile disaccoppiato dall?arto artificiale, con il quale per? interagisce tramite opportune interfacce.

In particolare ? utile precisare che il riscontro sensoriale a cui si fa riferimento nel contesto della presente invenzione si basa su due funzionalit? ben distinguibili. Una prima funzionalit? sensoriale pura, che consiste solo nel produrre informazioni generali associate all?interazione dell?arto artificiale con l?ambiente, e a renderle disponibili (in un formato informatico) su di una opportuna interfaccia, ed una seconda funzionalit? di riscontro fisico verso il paziente, che consiste nello stimolo di parti sensibili del paziente, affinch? egli possa percepire fisicamente tali stimoli. ? chiaro che detti segnali di stimolo, per rappresentare un riscontro sensoriale significativo, devono evidentemente essere dedotti in funzione delle informazioni prodotte grazie a detta prima funzionalit? sensoriale pura.

Altri scopi che mirano all?ottimizzazione della realizzazione pratica delle singole protesi riguardano l?invaso protesico, il quale deve essere mantenuto il pi? possibile semplice, ma deve poter essere anche sfruttato per accomodare alcuni componenti che implementano funzioni sensoriali e di controllo della protesi nel suo complesso.

Gli scopi della presente invenzione possono essere conseguiti realizzando una protesi di arto superiore, comprendente un arto meccanico dotato di funzionalit? operative e funzionalit? sensoriali, ed un invaso protesico atto a fungere da raccordo tra detto arto meccanico ed il moncone del paziente a cui detto arto meccanico deve essere applicato; in cui detto arto meccanico presenta un?interfaccia fisica predisposta anche per acquisire almeno un segnale elettrico atto a comandare le funzionalit? operative di detto arto, e per presentare almeno un segnale elettrico atto a rappresentare informazioni sullo stato di detto arto meccanico, eventualmente acquisite mediante sensori di vario tipo integrati nell?arto stesso.

Inoltre, detto invaso protesico ? predisposto per alloggiare un modulo elettronico di controllo, che comprende anche una batteria di alimentazione atta ad alimentare tutta la protesi, ed essendo detto modulo di controllo caratterizzato dal fatto di: ? comprendere almeno un?unit? inerziale almeno triassiale,

? comprendere almeno un dispositivo vibratore,

? presentare un?interfaccia fisica predisposta per acquisire almeno un segnale elettrico proveniente da detto arto meccanico e per presentare almeno un segnale elettrico contenente comandi idonei ad essere trasmessi a detto arto meccanico,

? comprendere mezzi di calcolo e mezzi di memoria idonei all?esecuzione di programmi informatici configurati per

- elaborare segnali provenienti da detto arto meccanico,

- elaborare segnali acquisiti mediante detta unit? inerziale triassiale,

- generare comandi per attivare detto dispositivo vibratore e

- generare comandi idonei a controllare il movimento e le funzionalit? di detto arto meccanico.

Il principale vantaggio della presente invenzione consiste nel fatto che, come verr? meglio spiegato nel seguito, un sistema protesico realizzato secondo gli insegnamenti della presente invenzione soddisfa tutti i principali requisiti per cui ? stato concepito.

Breve Descrizione dei Disegni

Questa invenzione presenta anche ulteriori vantaggi, che risulteranno pi? evidenti dalla descrizione seguente, da alcuni esempi di realizzazioni pratiche che illustrano ulteriori dettagli, dalle rivendicazioni allegate che formano parte integrante della presente descrizione, e dalle figure allegate in cui:

? Figura 1 mostra, in modo schematico, una protesi di un arto superiore secondo l?invenzione in cui sono evidenziati i principali sottosistemi che la compongono.

? Figura 2 una forma di realizzazione concreta della presente invenzione. ? Figura 3 mostra, pi? in dettaglio, ed in modo schematico, la parte di protesi che comprende l?elemento elettronico di controllo secondo l?invenzione in cui sono evidenziati i principali sottosistemi che la compongono.

Descrizione Dettagliata

In Figura 1, ? mostrato in modo schematico, raffigurato all?interno di una linea tratteggiata, ed indicato nel suo insieme con il numero 100, un sistema protesico per arto superiore secondo l?invenzione

Con il numero 200 ? indicato un paziente generico che manca di una parte di arto superiore; inoltre, sempre in Figura 1, ? evidenziato il moncone, ossia la parte terminale dell?arto incompleto a cui deve essere applicata una protesi; detto moncone ? indicato in Figura 1 con il numero 210.

La disabilit? di detto paziente 200, esemplificato in Figura 1, consiste quindi nel fatto che gli manca una mano oltre che una parte di avambraccio. Questa tipologia di disabilit? rappresenta un caso tra i pi? frequenti, e verr? presa a riferimento per illustrare la presente invenzione. Si osserva tuttavia, come del resto gi? accennato, che gli insegnamenti essenziali dell?invenzione possono applicarsi anche ad altri casi in cui a mancare siano parti pi? estese di un arto superiore. Ovviamente, nel caso in cui manchi una parte del braccio pi? estesa, ed il paziente non disponga nemmeno dell?articolazione del gomito, la protesi si dovr? differenziare nella parte di arto meccanico, che evidentemente dovr? essere un sistema pi? esteso e complesso, ma l?elemento di raccordo, cio? il cos? detto invaso protesico, che ? l?elemento in cui di concentrano le caratteristiche essenziali dell?invenzione, potr? essere comunque realizzato avvalendosi degli insegnamenti dell?invenzione stessa.

Detto sistema protesico 100, ? rappresentato in Figura 1 presentando i sottosistemi che lo compongono staccati tra di loro per chiarezza di illustrazione. Con il numero 110 ? indicato l?invaso protesico, mentre con il numero 120 ? indicato l?arto meccanico, che nel caso considerato ? una generica mano artificiale.

L?arte nota, ovviamente, propone sia molte mani artificiali che invasi protesici. Il sistema protesico 100 secondo l?invenzione pu? integrare un arto artificiale (ad esempio, una mano artificiale) realizzato anche secondo la tecnica nota.

Con riferimento alla tecnica nota, si osserva che sono disponibili arti artificiali, ed in particolare mani artificiali, molto sofisticate, e con prestazioni molto elevate, sia dal punto di vista delle azioni che riescono a svolgere e sia dal punto di vista dei riscontri sensoriali che riescono ad acquisire ed implementare.

Un prodotto che pu? essere considerato rappresentativo dello stato dell?arte, per quanto riguarda le mani artificiali, ? dato dalla mano proposta dalla scozzese ?Touch Bionics?. Si tratta di una mano con cinque dita, molto simile morfologicamente ad una mano naturale, che pu? eseguire varie manipolazioni e tipologie di presa similmente a quelle che possono essere svolte dalle mani naturali. Uno dei principali problemi che limita l?impiego di mani artificiali poli-articolate anche molto complesse sta nel fatto che i sistemi pi? sofisticati soffrono dei limiti dati dalle possibilit? di interazione tra l?arto artificiale ed il paziente. Si potrebbe sintetizzare che ? inutile disporre di un arto meccanico iper-sensorizzato e che, per assurdo, pu? replicare perfettamente le abilit? di una mano naturale, ma che non pu? essere controllato con efficacia dal paziente; e questo problema, come del resto anticipato anche nella prima parte di questa descrizione, ?, ad oggi, ancora largamente irrisolto.

Nel caso della mano artificiale proposta dalla ?Touch Bionics? sono integrati accorgimenti di vario tipo anche sul fronte del controllo: tale mano interpreta quindi comandi di vario tipo, che possono essere impartiti dal paziente. Particolarmente innovativi, al momento della loro introduzione, furono comandi ricavati tramite un accelerometro posizionato nella parte centrale della mano artificiale. Grazie a tale accelerometro, il paziente pu? spostare la mano con movimenti codificati (e che quindi devono essere imparati dal paziente) che vengono interpretati come comandi: ad esempio per produrre l?apertura o la chiusura della mano, o per controllare le singole dita.

Ad ogni modo, non ? oggetto di questa descrizione approfondire ulteriormente le tecniche note allo stato dell?arte, se non per osservare come l?arte nota proponga sistemi che integrano all?interno dell?arto artificiale la maggior parte delle tecnologie operative, comprese quelle di controllo dei movimenti dell?arto stesso.

Considerazioni analoghe possono essere fatte con riferimento alle funzionalit? sensoriali. Riscontri sensoriali tipici sono suoni e vibrazioni, queste ultime vengono percepite dal paziente tramite la propagazione che attraversa l?invaso protesico, con tutti i problemi gi? menzionati dovuti al fatto che la vibrazione si attenua nella propagazione (si ricorda che, per ragioni di confortevolezza, spesso l?invaso protesico si accoppia al moncone con parti abbastanza morbide) riducendo la precisione dell?informazione che viene veicolata da un riscontro basato su una vibrazione generata nell?arto protesico.

Fatte queste considerazioni preliminari sugli arti meccanici proposti dalla tecnica nota, si evidenzia una prima caratteristica dell?arto meccanico 120 pi? adatto ad essere impiegato nell?invenzione. Pur essendo utilizzabili arti meccanici noti ed anche diversi tra loro, l?arto meccanico 120 adatto ad essere impiegato nell?invenzione non necessita di componenti di rilevamento di comandi di controllo (come ad esempio accelerometri), n? di componenti di generazione di riscontri sensoriali (quali, ad esempio, elementi vibratori o cicalini sonori). Ci? di cui necessita l?arto meccanico 120, per poter implementare l?invenzione, ? un?interfaccia di comunicazione fisica.

Detta interfaccia di comunicazione fisica, ? indicata in Figura 1 con il numero 121, e consiste in un insieme di contatti fisici, cio? una porta di comunicazione, che possono esser collegati ad opportuni cablaggi. L?arto meccanico 120 ? configurato per ricevere comandi, tramite detta interfaccia di comunicazione fisica 121, in modo da eseguire tutti i movimenti per cui ? stato progettato. Inoltre, tale interfaccia presenta segnali codificati attraverso un protocollo ed un linguaggio predefiniti, che descrivono in modo sostanzialmente esaustivo lo stato dell?arto artificiale.

In sintesi, l?arto artificiale 120 presentato in Figura 1 si caratterizza, tra le altre cose, per il fatto che dispone di un?interfaccia 121 sulla quale vengono rappresentate informaticamente alcune informazioni riguardanti l?arto stesso. Alcuni esempi di tali informazioni sono la posizione assunta dall?arto, nonch? le forze che sta esercitando su ci? che sta toccando (forza delle prese, intensit? delle spinte, eccetera), ma anche eventuali altre informazioni acquisite da altri sensori eventualmente integrati nell?arto stesso.

Questa scelta implementativa permette di disaccoppiare in modo molto netto le funzionalit? sensoriali ed operative dell?arto 120 dal loro controllo, cos? da accoppiare l?arto a diverse tipologie di paziente 200, con diverse attitudini di controllo.

In teoria, alcuni comandi di controllo potrebbero anche essere generati automaticamente, e non direttamente da un?azione del paziente 200. Ad esempio, il paziente, qualora fosse impegnato in un?operazione di manipolazione di oggetti fragili, potrebbe impartire un comando di settaggio di modo operativo (ad esempio tramite un comando vocale) che previene il fatto che l?arto eserciti prese troppo vigorose: in tal caso, il controllo dell?arto avverrebbe con delle correzioni rispetto ai comandi impartiti con azioni dirette del paziente, per impedire prese che potrebbero danneggiare l?oggetto manipolato.

La scelta di usare un arto meccanico 120 con un?interfaccia 121 ricca, e che supporta comunicazioni nei due sensi: comandi in ingresso e informazioni per riscontro sensoriale in uscita, da un lato semplifica l?arto meccanico 120 a cui ? richiesto solo che implementi funzionalit? operative e sensoriali, ma non necessita che implementi funzioni interpretative o che generi segnali in forma tale da offrire riscontri fisici al paziente, quali emissioni di suoni o generazione di vibrazioni.

Dall?altro lato, tale semplificazione dell?arto meccanico 120, richiede la presenza di un ulteriore modulo elettronico di controllo. Secondo gli insegnamenti dell?invenzione detto modulo elettronico di controllo, viene alloggiato in un punto opportuno dell?invaso protesico 110, ed ? indicato in Figura 1 con il numero 150. Si osserva che i moduli elettronici a processore sono ormai molto miniaturizzabili e possono funzionare a regimi di consumo estremamente bassi, cos? come sono molto miniaturizzate anche le batterie; cosicch? si pu? tranquillamente affermare che il posizionamento di detto modulo di controllo 150, pur essendo soggetto ad una scelta da fare caso per caso, dato che gli invasi protesici sono e rimangono degli oggetti realizzati sostanzialmente su misura, non comporta certamente una scelta foriera di problemi: una posizione comoda dove sistemare detto modulo di controllo 150, nell?invaso protesico 110, ? di facile individuazione praticamente in tutti i casi pratici.

Detto modulo di controllo 150 rappresenta la caratteristica pi? distintiva della presente invenzione. Esso contiene una o pi? batterie, ma svolge anche un insieme di altre funzioni che permettono di controllare in modo ottimale l?arto meccanico 120.

In Figura 2 ? mostrata una forma di realizzazione concreta della presente invenzione. In Figura 2 sono visibili, e sono indicati con gli stessi numeri usati in Figura 1, i tre principali moduli del sistema protesico di arto superiore 100 secondo l?invenzione, ossia l?arto meccanico vero e proprio 120 (in questo caso una mano artificiale), l?invaso protesico 110, ed il modulo di controllo 150.

La prima caratteristica che si nota dalla forma di implementazione concreta presentata in Figura 2 ? la possibilit? di realizzare il sistema protesico 100 ottenendo una forma e delle proporzioni assolutamente realistiche.

Si nota anche come i tre moduli principali (arto meccanico 120, invaso protesico 110 e modulo di controllo 150) siano, dal punto di vista dei loro accoppiamenti materiali, ben distinguibili e separabili anche mediante semplici meccanismi di sgancio ed aggancio. Quest?ultima caratteristica ? una conseguenza diretta della progettazione modulare del sistema protesico 100.

Infine si nota anche come la parte su misura del sistema protesico 100 sia sostanzialmente confinata all?invaso protesico. In effetti anche la mano artificiale 120 pu? assumere varie dimensioni, tuttavia, la variet? di dimensione della mano pu? essere assolutamente gestita proponendo un numero molto ridotto di taglie (ad esempio 3 diverse misure) predefinite, e quindi realizzabili industrialmente e non su misura, e con queste soddisfare la pressoch? totalit? delle necessit?. Infatti, l?aspetto estetico legato alle proporzioni tra le due braccia, e tra il braccio ed il corpo del paziente, pu? essere gestito agendo solo sulla conformazione dell?invaso protesico 110.

Nell?elemento di controllo 150 ? inoltre evidenziato, indicato con il numero 153, un tasto di comando azionabile dal paziente 200 con l?altra mano. L?opportunit? di rendere disponibile un ulteriore interfaccia di comando manuale ?, ancora una volta, riconducibile alla progettazione modulare e disaccoppiata dell?intero sistema protesico 100, e del fatto che detto elemento di controllo 150, per dimensioni e conformazione ? facilmente collocabile nell?invaso protesico 110.

In Figura 3 ? mostrato, in modo pi? dettagliato, detto modulo di controllo 150, evidenziando le principali caratteristiche che rendono di fatto originale la presente invenzione. Infatti, la progettazione modulare del sistema protesico 100 non si esplicita solamente nella modularit? degli accoppiamenti materiali, ma anche, e soprattutto, nella modularit? funzionale.

In Figura 3, si ritorna ad una rappresentazione schematica in cui evidentemente si perdono di nuovo le proporzioni (del resto gi? rappresentate con assoluta evidenza grazie alla raffigurazione di Figura 2). L?arto meccanico 120 ed il paziente 200, privo di una parte di un suo arto superiore, sono rappresentati in modo simbolico in quanto Figura 3 mira a concentrare l?attenzione essenzialmente nel modulo di controllo, a sua volta incastonato nell?invaso protesico 110.

Si precisa che anche in Figura 3 ? stata mantenuta, dove possibile, la medesima numerazione usata nelle precedenti Figure 1 e 2 per indicare i vari elementi del sistema protesico 100: solo il modulo di controllo, che nel suo complesso ? sempre indicato con il numero 150 (essendo evidenziato anche all?interno di un?area delimitata da una linea tratteggiata), in Figura 3, ? presentato con maggiore dettaglio, evidenziando i suoi principali componenti, tutti indicati con numeri appartenenti alla decade 15x.

Prima di elencare le parti essenziali che compongono detto elemento di controllo 150 si precisa, come peraltro gi? detto, che l?arto meccanico 120 (nel caso esemplificato, una mano artificiale), in teoria, pu? essere un modulo intercambiabile, purch? offra un?interfaccia aperta 121 verso detto elemento di controllo 150. Pertanto, non solo il paziente 200 potrebbe beneficiare di arti 120 diversi a seconda delle attivit? che deve svolgere, usando ad esempio un arto da lavoro ed un arto per il tempo libero, ma anche potrebbe utilizzare arti di costruttori diversi, purch? questi forniscano un?interfaccia 121 aperta. Essendo detta interfaccia aperta 121 caratterizzata sia dal punto di vista fisico (connettori, livelli di segnale, eccetera) e sia dal punto di vista dei protocolli di comunicazione; ovvero devono essere specificati i comandi necessari al suo controllo funzionale, nonch? il formato delle informazioni di stato che risultano disponibili sull?interfaccia stessa.

Sempre con riferimento a detta interfaccia aperta 121, si osserva che, essendo bidirezionale, si presta ad un controllo funzionale in catena chiusa effettuabile tramite detto elemento di controllo 150, a differenza dei casi tipici in arte nota in cui il controllo dall?esterno dell?arto meccanico 120 avviene sempre in catena aperta, mentre gli eventuali controlli in catena chiusa sono sempre implementati con controllori specificatamente integrati nell?arto meccanico 120 stesso.

Con i numeri 151 e 152 sono rappresentate le interfacce di detto elemento di controllo 150. In particolare, con il numero 151 ? indicata l?interfaccia tra detto elemento di controllo 150 ed il paziente 200, mentre con il numero 151 ? indicata l?interfaccia tra detto elemento di controllo 150 e l?arto meccanico 102. Entrambe le interfacce 151 e 152 sono bidirezionali e programmabili.

In una forma di implementazione preferita, oltre ad essere programmabile il protocollo con cui dette interfacce comunicano con le rispettive entit? a cui sono interfacciate, esse sono anche impostabili rispetto ad alcuni parametri fisici, potendo eventualmente regolare i livelli dei segnali fisici usati per la comunicazione, cos? da essere utilizzabili in accoppiamento con diverse interfacce fisiche eventualmente presenti sui dispositivi a cui sono accoppiate.

Tale prestazione pu? essere utile sia dal lato dell?arto meccanico 120 (interfaccia I/O(M) 152), e sia da lato del paziente 200 (interfaccia I/O(H) 151); quest?ultima possibilit?, in particolare pu? essere interessante per aggiungere eventuali dispositivi per arricchire l?insieme di riscontri sensoriali restituiti al paziente 200, e/o per acquisire dal paziente stesso ulteriori stimoli di comando, potendo ricorrere a dispositivi eventualmente proposti da diversi fornitori.

Si precisa che l?implementazione concreta delle due interfacce I/O(M) 152 e I/O(H) 151 possono essere implementate secondo molteplici varianti, costituendo tutte diverse forme di implementazione della medesima invenzione. Si osserva peraltro che la distinzione tra le due interfacce I/O(M) 152 e I/O(H) 151, rispettivamente verso l?arto meccanico 120 o verso il paziente 200 ? una distinzione funzionale che non corrisponde necessariamente ad una distinzione fisica, dato che, fisicamente tali interfacce possono essere implementate mediante un?architettura di comunicazione ?a bus?, in cui le entit? a cui sono collegate dipende dalle informazioni contenute nel segnale scambiato e non dal collegamento fisico.

I comandi funzionali da trasmettere all?arto meccanico 120 devono essere interpretati dall?elemento di controllo 150, ma devono evidentemente essere effetto della volont? del paziente 200, devono quindi essere generati come conseguenza di informazioni di ingresso in qualche modo prodotte dal paziente. Pertanto, dal punto di vista fisico, detta interfaccia e I/O(H) 151 ? predisposta per acquisire almeno un segnale elettrico proveniente da eventuali sensori predisposti per rilevare attivit? fisiche volontarie da parte del paziente 200.

Per quanto riguarda i comandi di controllo, che devono originare da una decisione del paziente 200, essi possono essere sintetizzati sia a partire da segnali acquisiti (come accennato in precedenza) mediante l?interfaccia 151 [I/O(H)], e sia basandosi su dati generati internamente al modulo di controllo 150 stesso. Infatti, in una forma di implementazione preferita, detto elemento di controllo 150 comprende anche un?unit? inerziale almeno triassiale, indicata in Figura 3 con il numero 158, che rileva tutti i movimenti dell?avambraccio. In questo modo, il paziente 200 ? nelle condizioni di utilizzare una sorta di linguaggio di comando effettuando alcuni movimenti precodificati (e tipicamente calibrati sul singolo paziente) che vengono riconosciuti dall?unit? di controllo 150, interpretati, e sintetizzati in comandi funzionali da trasmettere all?arto meccanico 120 tramite l?interfaccia 152 [I/O(M)], a ci? deputata. La presenza di detta unit? inerziale 158, ? utile anche per supportare funzioni di calibrazione dei comandi mioelettrici che devono essere interpretati correttamente tenendo conto anche della posizione del braccio del paziente; a tal proposito si cita, dei medesimi autori della presente domanda di brevetto, IT 102020000023011, [?Dispositivo protesico a comando mioelettrico e metodo per la calibrazione ed utilizzo di detto dispositivo?].

Anche i riscontri sensoriali possono essere trasmessi al paziente 200 sia per mezzo di opportuni dispositivi di stimolazione sensoriale attivabili mediante l?interfaccia 151 [I/O(H)], e sia mediante stimoli sensoriali generati internamente all?unit? di controllo 150.

In particolare, detta interfaccia 151 [I/O(H)], ? predisposta per presentare almeno un segnale elettrico contenente comandi idonei ad attivare opportuni dispositivi di stimolazione sensoriale applicati su parti del corpo sensibili di detto paziente 200. Sempre con riferimento alle modalit? di restituzione di riscontri sensoriali, in una forma di implementazione preferita dell?invenzione, detto elemento di controllo 150 comprende anche un elemento vibrante, indicato in Figura 3 con il numero 157, che genera per l?appunto una vibrazione che si propaga attraverso la struttura dell?invaso protesico 110 e pu? essere percepita dal moncone del paziente 200. La possibilit? di acquisire segnali provenienti dal corpo del paziente 200, e di inviare segnali verso il corpo del paziente 200, in modo assolutamente generale, ? una delle caratteristiche pi? vantaggiose della presente invenzione. Infatti, sia la capacit? sensoriale che l?attivit? muscolare presente sui monconi dei pazienti che hanno perso un arto, o che ne sono privi dalla nascita, sono caratteristiche individuali di ciascun paziente, e dovrebbero, in generale, essere trattate come caratteristiche diverse da caso a caso.

Dato che uno dei requisiti fondamentali dell?invenzione ? proprio quello di disaccoppiare tutte le prestazioni standardizzabili da quelle che richiedono personalizzazione, la possibilit? di disporre di un elemento di controllo 150 dotato di un?interfaccia 151 [I/O(H)] aperta, permette di assecondare questa esigenza, potendo eventualmente concepire separatamente dispositivi idonei a restituire riscontri sensoriali personalizzati o dispositivi idonei ad acquisire stimoli di comando anch?essi personalizzati.

Ad esempio, nel caso di un paziente 200 il cui moncone sia completamente insensibile, e privo di muscolatura controllabile, cosicch? il paziente non ? in grado di esercitare delle contrazioni muscolari idonee a formulare dei comandi per l?arto meccanico attraverso contrazioni di muscoli a contatto con l?invaso protesico 110, sia i segnali di comando che i riscontri sensoriali potrebbero essere riportati ad altre parti del corpo del paziente, attraverso sensori e stimolatori indossati, o applicati, in altre parti del corpo del paziente e, a loro volta, collegate all?unit? di controllo 150, attraverso detta interfaccia 151 [I/O(H)] aperta.

Del resto, il fatto di usare parti del corpo efficienti per controllare arti artificiali, non ? un?idea del tutto nuova; infatti, prima dell?avvento dell?elettronica, (ed anche in molte protesi ancora oggi utilizzate) un minimo di controllo funzionale degli arti meccanici pu? essere esercitato attraverso cinghie, tiranti e meccanismi basati su leve, carrucole ed ingranaggi vari progettati per riportare i movimenti dell?arto meccanico a movimenti di altre parti del corpo con maggiore funzionalit?.

Dalla descrizione appena proposta dell?elemento di controllo 150, risulta evidente che tale elemento di controllo 150 ? un dispositivo programmabile a microprocessore. Infatti, elabora dati, genera comandi e controlla informazioni in ingresso ed in uscita. In Figura 3 sono quindi anche evidenziati mezzi di calcolo, indicati con il numero 155, e mezzi di memoria, indicati, con il numero 156 (cio? una scheda a microprocessore, tipicamente realizzata con circuiti integrati che raggiungono livelli di miniaturizzazione molto spinta).

Detto elemento di controllo 150, di fatto, ? quindi anche un calcolatore elettronico programmabile dotato di batteria, indicata in Figura 3 con il numero 156. Si osserva che detta batteria 156 ? necessaria, oltre che per alimentare l?elemento di controllo 150 stesso, anche per alimentare l?arto meccanico 120 e tutti i dispositivi che necessitano di alimentazione nel sistema protesico 100 secondo l?invenzione (ad esempio sensori e dispositivi sensoriali).

Tra l?altro, la collocazione preferita di detto elemento di controllo 150, cio? incastonata nell?invaso protesico 110, ? la collocazione tipica delle batterie che ovviamente sono necessarie per ogni protesi meccanica moderna, anche quelle secondo la tecnica nota. Il fatto che tale collocazione possa essere mantenuta anche per un sistema assai pi? complesso di una semplice batteria, quale l?elemento di controllo 150 secondo l?invenzione, ? una conseguenza dei notevoli progressi compiuti rispetto alla miniaturizzazione dell?elettronica, nonch? delle batterie.

Con riferimento alla parte computazionale di detto elemento di controllo 150 la cosa pi? importante da sottolineare ? che anch?esso, come nella filosofia con cui ? stato concepito tutto il sistema, ? un elemento predisposto per supportare l?installazione di programmi e la loro esecuzione.

Pertanto, ogni dispositivo collegato a detto elemento di controllo 150 attraverso le sue interfacce 151 e 152, sia esso un arto meccanico specifico 120, o un dispositivo che supporta l?interazione con il paziente 200, pu? essere gestito mediante l?installazione di un opportuno programma, e la sua esecuzione.

Evidentemente, detto elemento di controllo 150 deve essere pertanto dotato anche di un?interfaccia di controllo idonea al caricamento di programmi, alla manutenzione ed alla diagnostica del dispositivo nel suo complesso. Non ci si si sofferma sulle innumerevoli modalit? con cui detta interfaccia di controllo pu? essere implementata, dato che la tecnica nota gestisce con assoluta efficienza tale tipo di esigenza, per la manutenzione di ogni dispositivo a microprocessore.

Solamente si osserva come anche un?interfaccia wireless, preferibilmente con una comunicazione a corto raggio (ad esempio NFC: Near Field Communication o ?Bluetooth? nelle sue varie versioni) appare particolarmente comoda, in particolare per supportare applicazioni di diagnostica sullo stato del sistema nel suo complesso, o di sue parti.

Ad esempio, attraverso l?analisi dei dati usati per il controllo in catena chiusa degli attuatori meccanici, ? possibile dedurre l?eventuale stato di usura di certi meccanismi, l?eventuale presenza di attriti con valori diversi da quelli ottimali o, banalmente, lo stato di carica della batteria 156, eccetera.

A seconda delle diverse forme di implementazione, i principali esiti diagnostici possono essere segnalati mediante spie luminose o sonore, o piccoli monitor, che possono essere anch?essi integrati in detto modulo di controllo 150.

Infine, sempre a proposito di interfacce di controllo, Figura 3 (cos? come anche Figura 2) evidenzia la presenza di un tasto multifunzione, indicato con il numero 153, azionabile manualmente per spegnere l?elemento di controllo 150, o per effettuare un riavvio, o per l?implementazione rapida di altre azioni di potenziale utilit?.

Varianti ed Osservazioni Conclusive

In definitiva, la protesi di arto superiore 100 secondo gli insegnamenti dell?invenzione permette di mantenere alcune metodiche di realizzazione e di applicazione di una protesi tipiche della tecnica nota.

Ossia, non viene stravolto il processo che prevede la scelta di una mano, o di un arto, artificiale 120 reperibile tra un vasto insieme di arti meccanici noti, e di adattarlo alle esigenze di un paziente 200 mediante un invaso protesico 110 di semplice fattura, ma realizzato su misura.

Tuttavia l?invenzione permette di sfruttare in modo migliore le funzionalit? dell?arto artificiale 120, demandando il controllo ad un modulo a processore 150 dotato di opportune interfacce.

Detto modulo di controllo 150, come avviene anche in diverse forme di implementazione note, ? predisposto per ricevere comandi generati dal paziente 200 tramite contrazioni dei muscoli che sono attivi in corrispondenza del moncone 210, e che sono rilevabili mediante opportuni sensori posizionati nella zona in cui l?invaso protesico 110 si accoppia al moncone 210 del paziente 200.

Tuttavia, detto modulo di controllo 150 ? in grado di gestire anche altre forme di input, grazie al fatto che integra altri componenti che rilevano azioni volontarie del paziente 200, come ad esempio piccoli spostamenti dell?avambraccio, rilevate mediante uno o pi? unit? inerziali (ad esempio: giroscopi, magnetometri, o accelerometri realizzati con varie tecnologie, eccetera).

Ma soprattutto, detto modulo di controllo 150 ? dotato di un?interfaccia aperta e programmabile che pu? acquisire molteplici altri segnali generati dal paziente con l?intento di controllare la sua protesi.

In diverse forme di implementazione, detto modulo di controllo 150 pu? ricevere ed elaborare anche altre forme di interazione con il paziente non ancora citate nella presente descrizione.

Ad esempio, detto modulo di controllo 150 pu? comprendere anche un dispositivo microfonico cos? da poter acquisire comandi vocali da parte del paziente 200, attraverso l?esecuzione di programmi (ormai maturi allo stato dell'arte) di riconoscimento vocale.

In generale, detto elemento di controllo 150 ? un?unit? di calcolo a tutti gli effetti, che pu? supportare un sistema operativo aperto, cio? idoneo all?installazione ed all?esecuzione di programmi sempre nuovi per gestire altre ulteriori forme di interazione, al momento non ancora identificate, tra il paziente 200 e l?arto meccanico 120.

Si osserva che anche l?architettura di tale unit? di calcolo pu? essere implementata secondo molti modelli architetturali, essendo possibili anche modelli distribuiti in cui i mezzi di calcolo sono composti da una pluralit? di processori elettronici. Anche le interfacce di gestione della citata unit? di calcolo possono essere implementate secondo diverse varianti: in una forma di implementazione preferita, detto modulo di controllo 150 ? configurabile e manutenibile attraverso un collegamento wireless (ad esempio Bluetooth) con un calcolatore esterno; oppure, in forme di implementazione pi? semplici, pu? essere prevista una porta (ad esempio USB) per assicurare un collegamento via cavo.

In ogni caso, sia le differenti architetture di calcolo che le modalit? di accesso per configurare, manutenere e monitorare l?unit? di calcolo di cui si avvale detto modulo di controllo 150, devono tutte essere considerate diverse forme di implementazione della medesima invenzione.

Tra le tecnologie sperimentali che mirano ad implementare forme di interazione nuove (e possibilmente pi? efficaci) tra il paziente 200 e detto modulo di controllo 150, sembrano interessanti alcune soluzioni che interfacciano dispositivi elettronici con terminazioni del sistema nervoso: tali tecnologie, bench? non ancora mature, sembrano promettenti, e potrebbero essere sfruttate per generare controlli di arti meccanici con precisioni e complessit? oggi impensabili.

Il sistema protesico 100 secondo l?invenzione, grazie alla sua modularit? concettuale, ? gi? predisposto per integrare qualsiasi tipo di tecnologia che sviluppi interazioni avanzate con il corpo di un paziente.

L?invenzione ? stata concepita pensando esplicitamente alle protesi per arti superiori, in quanto, in tale tipologia di protesi, si pongono, in modo particolarmente accentuato, sia problemi legati al controllo funzionale che attinenti alla sensorialit?, ed alla percezione che il paziente ha in generale del proprio arto artificiale. Infatti, la mano naturale, da un punto di vista puramente meccanico, ? un sistema estremamente complesso e ricco di possibili movimenti, ma ? anche una parte del corpo sede di molte funzioni sensoriali: del resto, le manipolazioni ed il tatto rappresentano una delle modalit? principali con cui gli uomini entrano in contatto con il mondo fisico esterno.

Tuttavia, la validit? degli insegnamenti della presente invenzione non ? strutturalmente confinata nell?ambito delle protesi di arti superiori. Infatti, l?invenzione definisce una piattaforma protesica predisposta affinch? possano essere implementate in modo pressoch? continuo, nuove prestazioni (sia in ambito funzionale che sensoriale), e per questo risulta molto interessante nel contesto delle protesi per arti superiori, tuttavia, si osserva che i principali insegnamenti dell?invenzione possono essere applicati con generalit? in tutte le protesi in cui una parte meccanica dotata di opportuna interfaccia (come l?interfaccia 121 descritta nella presente invenzione) venga collegata al corpo del paziente attraverso un invaso protesico idoneo ad alloggiare un modulo di controllo, come il modulo di controllo 150 descritto nella presente invenzione.

Ci? che caratterizza l?invenzione, infatti ? il sistema di interfacce tra sensori che rilevano atti volontari del paziente 200 e detta unit? di controllo 150, e tra detta unit? di controllo 150 e l?arto meccanico controllato 120. Questa funzione di intermediazione, oltre a permettere di identificare, a seconda dei casi, la miglior soluzione per ogni singolo paziente, funziona anche in senso inverso, cio? trasmettendo riscontri sensoriali dall?arto artificiale 120 verso il paziente.

Anche in questo caso, le informazioni di riscontro sensoriale vengono prima acquisite da detto modulo di controllo 150, in forma di dato informatico, e poi vengono resi alla percezione del paziente, a seconda dei dispositivi di riscontro previsti. Un elemento vibratore, ? certamente integrato nel modulo di controllo 150, essendo il riscontro vibratorio una forma di riscontro molto efficace ed usato nella tecnica protesica. Il vantaggio di avere l?elemento vibratorio posizionato nell?invaso protesico 110, in una posizione pi? vicina al moncone 210, consente al paziente 200 di percepire con maggiore precisione eventuali modulazioni di intensit? della vibrazione.

In alcune varianti possono essere proposte forme di implementazione in cui il tratto di invaso 110 tra l?elemento vibrante ed il moncone ? irrigidito per migliorare la propagazione della vibrazione, oppure gli elementi vibranti possono essere addirittura posizionati fisicamente a contatto con il moncone 210, ed attivati mediante le interfacce di controllo di cui ? dotato il modulo di controllo 150, e che lo rendono idoneo a comunicare nei due sensi, da e verso il paziente 200, e da e verso l?arto artificiale. Si consente in questo modo al sistema protesico 100 nel suo complesso di essere configurato con una versatilit? non ancora presente nelle soluzioni di arte nota.

Altre varianti applicative della presente invenzione riguardano la possibilit? di restituire al paziente 200, ad esempio mediante opportuni dispositivi indossabili anche altre forme di riscontri sensoriali, eventualmente andando ad interessare parti del corpo del paziente pi? sensibili. Ad esempio possono essere usati riscontri basati sulla temperatura o su piccole stimolazioni elettriche o, perch? no, ancora una volta sfruttando tecnologie in grado di interagire direttamente con il sistema nervoso.

In un contesto evolutivo, in cui le applicazioni di intelligenza artificiale avranno un crescente impatto, in sistema protesico 100 secondo l?invenzione appare gi? predisposto anche per beneficiare di ogni eventuale progresso tecnologico in questo campo. Infatti, sia i comandi operativi da impartire all?arto meccanico 120, e sia i riscontri sensoriali sono generati come esito di opportuni programmi eseguiti a livello del modulo di controllo 150.

Pertanto qualora le informazioni reperibili si arricchissero per effetto di nuove opportunit? tecnologiche, oppure qualora programmi di apprendimento automatico riuscissero a sintetizzare, o a prevedere, in modo pi? preciso le intenzioni del paziente, l?operativit? della protesi potrebbe beneficiarne mantenendo l?architettura e le caratteristiche essenziali insegnate nella presente invenzione.

Di conseguenza, l?invenzione stessa si presta ad incorporare varianti o perfezionamenti legati ai probabili progressi tecnologici sia nell?ambito della sensoristica, e sia nell?ambito dell?intelligenza artificiale, ed in particolare nel campo dell?informatica che sfrutta algoritmi di apprendimento per consentire ad automi di eseguire progressivamente, compiti in modo sempre pi? ?autonomo?.

Possibili ulteriori varianti possono poi risultare legate, all?evoluzione degli altri componenti della protesi 100 nel suo complesso, o di altri dispositivi artificiali eventualmente applicabili ad un paziente 200 in aggiunta alla pura protesi 100; cosicch? ogni elemento di ciascun sottosistema di detto sistema protesico 100 (di cui uno di questi ? proprio il modulo di controllo 150 secondo l?invenzione) pu? essere soggetto a variazioni che gli consentano di essere utilizzato per una pluralit? di funzioni, che al momento non sono ancora definibili, o delle quali non si senta ancora l?esigenza in modo evidente.

Pertanto, soprattutto nel contesto di tali scenari evolutivi, l?invenzione sembra prestarsi ad incorporare e supportare ulteriori sforzi di sviluppo e perfezionamento, capaci di migliorare le prestazioni dei sistemi in cui pu? essere integrata.

Molti sviluppi ulteriori possono quindi essere apportati dall?uomo esperto del ramo senza per questo fuoriuscire dall?ambito dell?invenzione quale essa risulta dalla presente descrizione e dalle rivendicazioni qui allegate, le quali costituiscono parte integrante della presente descrizione; oppure, qualora detti sviluppi non risultino compresi nella presente descrizione, possono essere oggetto di ulteriori domande di brevetto associate alla presente invenzione, o dipendenti da essa.

Claims (7)

TITOLO: INVASO EVOLUTO PER PROTESI DI ARTO SUPERIORE RIVENDICAZIONI

1. Un sistema protesico modulare (100) di arto superiore, comprendente

- un arto meccanico (120) dotato di funzionalit? operative e funzionalit? sensoriali, ed

- un invaso protesico (110) atto a fungere da raccordo tra detto arto meccanico (120) ed il moncone (210) del paziente (200) a cui detto arto meccanico (120) deve essere applicato;

in cui detto arto meccanico (120) presenta un?interfaccia fisica (121) predisposta anche per

- acquisire almeno un segnale elettrico atto a comandare le funzionalit? operative di detto arto meccanico (120), e

- per presentare almeno un segnale elettrico atto a rappresentare informazioni sullo stato di detto arto meccanico (120);

inoltre, detto invaso protesico (110) ? predisposto per alloggiare un modulo elettronico di controllo (150), che comprende anche una batteria di alimentazione (154) atta ad alimentare tutto detto sistema protesico (100), ed essendo detto modulo di controllo (150) caratterizzato dal fatto di:

a. comprendere almeno un?unit? inerziale almeno triassiale (158), b. comprendere almeno un dispositivo vibratore (157),

c. presentare un?interfaccia fisica (152) predisposta per acquisire almeno un segnale elettrico proveniente da detto arto meccanico (120) e per presentare almeno un segnale elettrico contenente comandi idonei ad essere trasmessi a detto arto meccanico (120),

d. comprendere mezzi di calcolo (155) e mezzi di memoria (156) idonei all?esecuzione di programmi informatici configurati per

i. elaborare segnali provenienti da detto arto meccanico (120), ii. elaborare segnali acquisiti mediante detta unit? inerziale (158), iii. generare comandi per attivare detto dispositivo vibratore (157) e iv. generare comandi idonei a controllare il movimento e le funzionalit? di detto arto meccanico (120).

2. Sistema protesico modulare (100) secondo la rivendicazione 1 in cui detto modulo di controllo (150) ? caratterizzato anche dal fatto che:

? presenta un?interfaccia fisica (151) predisposta per acquisire almeno un segnale elettrico proveniente da almeno un sensore predisposto per rilevare attivit? fisiche volontarie da parte di detto paziente (200), e ? detti mezzi di calcolo (155) e mezzi di memoria (156) sono predisposti per eseguire programmi informatici configurati per generare comandi idonei a controllare il movimento e le funzionalit? di detto arto meccanico (120) in funzione anche di detto almeno un segnale elettrico proveniente da detti sensori.

3. Sistema protesico modulare (100) secondo la rivendicazione 1 in cui detto modulo di controllo (150) ? caratterizzato anche dal fatto che:

? presenta un?interfaccia fisica (151) predisposta per presentare almeno un segnale elettrico contenente comandi idonei ad attivare uno o pi? dispositivi di stimolazione sensoriale applicati su parti del corpo sensibili di detto paziente (200), e

? detti mezzi di calcolo (155) e mezzi di memoria (156) sono predisposti per eseguire programmi informatici configurati per generare detti comandi idonei ad attivare detti uno o pi? dispositivi di stimolazione sensoriale in funzione anche di detto almeno un segnale elettrico proveniente da detto arto meccanico (120).

4. Sistema protesico modulare (100) secondo la rivendicazione 2 o la rivendicazione 3 in cui detto modulo di controllo (150) ? caratterizzato anche dal fatto che detti mezzi di calcolo (155) e mezzi di memoria (156) sono idonei a supportare un sistema operativo, a sua volta idoneo all?installazione di programmi informatici configurati per programmare dette interfacce fisiche (151) e (152).

5. Sistema protesico modulare (100) secondo la rivendicazione 1 in cui detto modulo di controllo (150) ? caratterizzato anche dal fatto che comprende un tasto multifunzione (153) azionabile manualmente dal paziente (200).

6. Sistema protesico modulare (100) secondo la rivendicazione 1 in cui detto modulo di controllo (150) ? configurato anche per eseguire programmi diagnostici sullo stato di detto arto meccanico (120), in funzione di detto almeno un segnale elettrico atto a rappresentare informazioni sullo stato di detto arto meccanico (120).

7. Sistema protesico modulare (100) secondo la rivendicazione 1 in cui detto modulo di controllo (150) ? caratterizzato anche dal fatto che comprende un dispositivo microfonico predisposto per acquisire comandi vocali da parte del paziente (200).